专利名称：实现真空绝热和厚度测量功能的防护热流计法导热系数测定仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种导热系数测定仪，特别是一种能够实现真空绝热和厚度测量功能的防护热流计法导热系数测定仪。
背景技术：
导热系数是用来衡量绝热材料与保温材料的导热特性和保温性能的重要参数，是 材料热物性参数中的重要组成部分，表征了材料导热能力的大小，在工业领域、电子领域、建筑领域以及航空航天领域等都有着极为重要的应用。为了更好地降低能耗、节能减排，以及优化产品设计、提高产品性能，材料的热物性参数数据具有很高的指导意义，因此对材料导热系数测定方法的研究具有很重要的现实意义。导热系数测定方法主要分为瞬态法和稳态法，目前应用最为广泛的是稳态法中的基于傅里叶一维传热定律的护热平板法导热仪，该方法测量精度高，重复性好，但存在着测量范围小、测量结果受接触热阻影响较大等缺点。防护热流计法导热仪虽然测量准确度不如防护热板法导热仪，但其具有测量范围大的特点，可以很好地弥补防护热板法导热仪的不足，实现对高分子材料、陶瓷、复合材料、玻璃、橡胶以及部分金属等大导热系数材料的测量，这对科学研究和生产实践具有很高的参考价值，对建筑节能和测试也有重要意义。现阶段处于领先地位的基于热流计法的导热仪主要是外国生产的，国内虽然有相关产品，但技术远不成熟，可靠性差。而进口一台防护热流计法导热系数测定仪价格又过于昂贵。因此，自主研发设计一套廉价实用的防护热流计法导热系数测定仪具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术中结构上的不足，本发明的目的是提供一种实现真空绝热和厚度测量功能的防护热流计法导热系数测定仪，通过真空腔克服环境对测量稳定性的影响，同时，对试件厚度实现自动测量，避免手动测量带来的人为误差；提高仪器的测量重复性、准确度以及自动化程度。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种实现真空绝热和厚度测量功能的防护热流计法导热系数测定仪，其中该测定仪包括测试栈体、真空系统、加热系统、制冷装置、厚度测量模块、支撑结构、控制器、计算机；所述的测试栈体、真空系统、加热系统、厚度测量模块均安装在支撑结构内，测试栈体设在真空系统内，厚度测量模块位于真空系统侧部，厚度测量模块的位移传感器通过传动轴与测试栈体相连，加热系统中的加热膜和温度传感器设在测试栈体上，制冷装置包括外部制冷机和制冷管道，制冷管道位于真空系统内，控制器包括信号采集模块、温度调控模块、通信模块，信号采集模块和温度调控模块通过通信模块实现与计算机之间的通信；加热系统中的温度传感器测得的信号一路送入控制器的温度调控模块，实现对加热膜加热温度的控制，另一路信号经过控制器传输至计算机，厚度测量模块的位移传感器信号经控制器，通过数据传输直接送至计算机。
本发明的效果是通过真空腔减小环境对测量稳定性的影响，同时，对试件厚度实现自动测量，避免手动测量带来的人为误差；提高仪器的测量重复性、准确度以及自动化程度。本发明可广泛用于绝热和保温材料的生产企业、相关质量检验部门和单位、高等院校和研究所等科研单位，具有高精度、高效率、低功耗、低噪声、易操作等特点，符合社会现代化发展的趋势。
图I为本发明的测定仪机械结构示意图；图2为本发明的测定仪电气控制框图。图中I、手柄2、螺杆3、连接板4、连接杆5、传动轴6、位移传感器移动部分7、位移传感器固定部分8、真空箱9、护板冷套10、防护板11、热板加热膜12、护热板加热膜13、热流传感器14、冷板加热膜15、密封垫16、密封底板17、支撑底板18、冷板固定座19、冷板20、温度传感器21、热板22、热板固定座23、制冷管道24、螺母25、螺杆26、螺杆固定架27、手柄28、支撑杆29、支撑顶板
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实现真空绝热和厚度测量功能的防护热流计法导热系数测定仪结构做进一步说明。本发明采用的是一维稳态方法中的防护热流计法，即利用稳定传热过程中传热速率等于散热速率的平衡状态，根据傅里叶一维稳态热传导模型，通过测量热流密度、试样两侧温差和试样厚度计算材料的导热系数。基本计算方法如下
权利要求
1.一种实现真空绝热和厚度测量功能的防护热流计法导热系数测定仪，其特征是该测定仪包括测试栈体、真空系统、加热系统、制冷装置、厚度测量模块、支撑结构、控制器、计算机；所述的测试栈体、真空系统、加热系统、厚度测量模块均安装在支撑结构内，测试栈体设在真空系统内，厚度测量模块位于真空系统侧部，厚度测量模块的位移传感器通过传动轴与测试栈体相连，加热系统中的加热膜和温度传感器设在测试栈体上，制冷装置包括外部制冷机和制冷管道，制冷管道位于真空系统内，控制器包括信号采集模块、温度调控模块、通信模块，信号采集模块和温度调控模块，通过通信模块实现与计算机之间的通信；力口热系统中的温度传感器测得的信号一路送入控制器的温度调控模块，实现对加热膜加热温度的控制，另一路信号经过控制器传输至计算机，厚度测量模块的位移传感器信号经控制器，通过数据传输直接送至计算机。
2.根据权利要求I所述的导热系数测定仪，其特征是所述测试栈体包括热板、冷板，热板、冷板分别固定于热板固定座、冷板固定座上，热板与热板固定座之间以及冷板与冷板固定座之间均安装有加热膜，加热膜形状与热板和冷板形状一致，热板固定座与传动轴下端相连，传动轴与螺母左侧刚性连接在一起，螺母右侧与螺杆相连，螺杆固定在螺杆固定架上，旋转手柄，通过螺旋传动可实现测试栈体热板的升降。
3.根据权利要求I所述的导热系数测定仪，其特征是所述真空系统包括真空箱、真空泵、密封垫和密封底板，密封底板固定在所述支撑结构底端，密封垫固定在密封底板上，真空箱通过连接杆、连接板、螺杆连接在支撑结构上，当真空箱下降时落在密封垫上，真空泵设在真空箱一侧，并通过贯穿密封底板的管道与真空箱内连通。
4.根据权利要求3所述的导热系数测定仪，其特征是所述真空箱内固定有热保护炉，所述热保护炉包括护热板和护板冷套，能够随真空箱上下移动，热保护炉的横截面与所述测试栈体一致，并将测试栈体完全围护，护热板与护板冷套之间安装有加热膜，在防护板加热膜内侧安装有温度传感器。
5.根据权利要求I所述的导热系数测定仪，其特征是所述厚度测量模块包括有可输出电位移信号的位移传感器，位移传感器包括固定部分和移动部分，固定部分固定在所述真空箱顶部，移动部分设在与传动轴相连的螺母上，当传动轴带动测试栈体热板升降时，位移传感器产生电位移信号，经信号采集并送入计算机存储，实现对试件厚度的测量。
6.根据权利要求I所述的导热系数测定仪，其特征是所述的制冷装置包括外部制冷机和制冷管道，制冷管道固定在所述的热保护炉外侧，双螺旋形的制冷管道围绕于热保护炉的外周，用于吸收热保护炉内多余的热量。
7.根据权利要求I所述的导热系数测定仪，其特征是所述的控制器的通信模块采用通用的RS485通信设备，实现控制器的温度调控模块和信号采集模块与计算机之间的数据通信。
全文摘要
本发明提供一种实现真空绝热和厚度测量功能的防护热流计法导热系数测定仪，该仪器的测试栈体包括热板、冷板，其中热板与热板固定座之间夹有加热膜，冷板与热板结构相似。真空系统有真空箱、真空泵、密封垫和密封底板，通过真空泵可实现真空绝热功能。厚度测量模块由可输出电位移信号的位移传感器组成，位移信号进入控制器，实现自动测量试件厚度的功能，整个仪器由一台计算机进行测控。本发明的效果是通过真空腔克服环境对测量稳定性的影响，同时，对试件厚度实现自动测量，避免手动测量带来的人为误差；提高仪器的测量重复性、准确度以及自动化程度。本发明可广泛用于绝热和保温材料的生产企业、相关质量检验部门和单位、高等院校和研究所等科研单位。
文档编号G01N25/20GK102645449SQ20121011375
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月18日 优先权日2012年4月18日
发明者傅星, 刘健, 刘璐, 吴森, 多伦雷·丹特, 时春峰, 曾荟燕, 李洋, 李艳宁, 聂潜超, 陈治 申请人:天津大学